Mesoporous nanostructures of NiCo-LDH/ZnCo2O4 as an efficient electrocatalyst for oxygen evolution reaction

过电位 塔菲尔方程 电催化剂 析氧 催化作用 材料科学 化学工程 贵金属 介孔材料 化学 电极 电化学 生物化学 物理化学 工程类
作者
Maryam Shamloofard,Saeed Shahrokhian,Mohammad Kazem Amini
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:604: 832-843 被引量:79
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.07.059
摘要

Increasing energy demands for pollution-free and renewable energy technologies have stimulated intense research on the development of inexpensive, highly efficient, and stable non-noble metal electrocatalysts for oxygen evolution reaction (OER). In this study, a superior OER performance was achieved using a tri-metallic (Zn, Co, Ni) high-performance electrocatalyst. We successfully fabricated a peony-flower-like hierarchical ZnCo2O4 through an additive-free hydrothermal reaction followed by heat treatment. Then NiCo-LDH (layered double hydroxides) nano-flakes was electrodeposited on the ZnCo2O4/GCE surface to prepare NiCo-LDH/ZnCo2O4/GCE which was used as electrode for OER. The structure and morphology of the catalysts were characterized by several techniques including Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction spectroscopy, field emission scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, elemental mapping and Brunauer–Emmett–Teller method. The NiCo-LDH/ZnCo2O4 catalyst provided high catalytic activity toward OER under alkaline condition (1.0 M KOH) with a low overpotential of 260 mV to drive the benchmark current density of 10 mA cm−2 and Tafel slope of 62 mV dec−1, as well as long-term stability and high turnover frequency of 0.0641 s−1 at overpotential of 340 mV. The NiCo-LDH/ZnCo2O4 catalyst was found to perform significantly better than NiCo-LDH, ZnCo2O4, NiCo-LDH/Co3O4, Co3O4, and commercial RuO2 catalysts. The outstanding OER performance of NiCo-LDH/ZnCo2O4 catalyst, which may be attributed to the large specific surface area, accelerated mass and electron transport, and synergistic effect of multiple hybrid materials, makes it a promising catalyst for OER.
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